某輕卡燃油濾清器支架強度性能分析

鄧海燕

某輕卡燃油濾清器支架強度性能分析

鄧海燕

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330052）

為了獲取某輕卡燃油濾清器支架的強度性能，首先基于有限元方法建立燃油濾清器支架的離散化模型，然后激勵端加載原型車采集的振動加速度，采用頻率響應(yīng)方法對其進(jìn)行強度分析，分析結(jié)果表明其最大應(yīng)力值小于材料屈服，滿足強度性能要求。最后基于重力場工況對其進(jìn)行強度分析，分析結(jié)果表明其最大應(yīng)力也低于材料屈服，也符合設(shè)計要求，因此該燃油濾清器支架的強度特性能夠滿足使用要求，安全系數(shù)較高。

燃油濾清器支架；有限元；頻率響應(yīng)；重力場；強度

1 引言

燃油濾清器是汽車燃油系統(tǒng)重要的組成部分，其通過支架安裝在車架縱梁中段上。車輛在復(fù)雜路面行駛時，其受力狀態(tài)比較復(fù)雜，燃油濾清器支架容易發(fā)生斷裂風(fēng)險，間接影響車輛的安全性和可靠性，因此其強度性能至關(guān)重要。某新型輕卡燃油濾清器支架重新設(shè)計，需快速驗證其強度性能是否滿足目標(biāo)要求。張路等[1]基于有限元技術(shù)對某燃油濾清器支架進(jìn)行靜態(tài)強度分析。鐘自鋒[2]通過采集路譜振動加速度，并采用頻率響應(yīng)分析方法對其進(jìn)行振動強度分析和優(yōu)化設(shè)計。現(xiàn)采用計算機輔助工程手段建立該燃油濾清器支架的有限元模型，基于頻率響應(yīng)方法和重力場方法對其進(jìn)行強度性能分析，得到其應(yīng)力分布，獲知其強度性能能夠滿足設(shè)計要求。

2 有限元建模

如圖1所示，為該輕卡燃油濾清器總成模型。由圖1可知，其主要由燃油濾清器支架、燃油粗濾清器和燃油細(xì)濾清器組成，其中燃油粗濾清器的重量為1.955kg，燃油細(xì)濾清器的重量為1.735kg，燃油濾清器支架的厚度為3.0mm，材料牌號為Q235，其屈服強度為235MPa，抗拉強度為375MPa，彈性模量為2.01E+5MPa，泊松比為0.3。

圖1 燃油濾清器總成模型

將燃油濾清器總成三維數(shù)字模型導(dǎo)入Hypermesh[3,4]中，抽取燃油濾清器支架的中面，并對其進(jìn)行幾何清理，盡量保留其輪廓線，采用3mm的Mixed單元對其進(jìn)行網(wǎng)格離散化處理。為了盡量避免發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，螺栓孔處采用雙節(jié)點數(shù)和兩排規(guī)整的四邊形單元處理，螺栓連接則采用RBE2單元模擬。為了減少計算時間，燃油粗濾清器和燃油細(xì)濾清器采用Mass點模擬，通過剛性單元與螺栓孔連接，并建立Q235材料屬性，以此建立燃油濾清器總成有限元模型，如圖2所示，其中節(jié)點數(shù)位2437，單元數(shù)位2335。

圖2 燃油濾清器總成有限元模型

3 頻率響應(yīng)強度分析

通過分析原型車縱梁中段采集的加速度可知，其X、Y和Z方向的振動加速度最大值均低于1.7g，為了盡提高燃油濾清器支架的安全系數(shù)，基于燃油濾清器總成有限元模型，通過Nastran軟件[5]在激勵端X、Y和Z方向均加載振動加速度2.0g，計算頻率段設(shè)為0-100Hz，模態(tài)阻尼設(shè)為0.05，采用頻率響應(yīng)方法[6]對該燃油濾清器支架進(jìn)行強度分析。如圖3所示，為該燃油濾清器支架的頻率-應(yīng)力曲線，由圖3可知，當(dāng)激勵頻率為46.6Hz時，該燃油濾清器支架的強度應(yīng)力值達(dá)到最大值。如圖4所示，為該燃油濾清器支架的應(yīng)力分布云圖。由圖4可知，該燃油濾清器支架的應(yīng)力峰值為206.6MPa，小于材料屈服強度，應(yīng)力集中點處于燃油粗濾清器的螺栓安裝孔位置，其應(yīng)力分布與實際工作狀態(tài)受力一致，能夠滿足強度性能要求。

圖3 燃油濾清器支架頻率-應(yīng)力曲線

圖4 燃油濾清器支架的應(yīng)力分布云圖

3 重力場強度分析

通過實際工程經(jīng)驗判斷，對于安裝在車架縱梁端的懸臂結(jié)構(gòu)件，重力場極限工況通常分為X（5.0G）、Y（5.0G）和Z（10.0G），以此考察結(jié)構(gòu)件的重力場強度性能，因此約束燃油濾清器支架與車架縱梁連接螺栓安裝孔的所有自由度，分別設(shè)置X、Y和Z方向的極限重力場。如圖5所示，為燃油濾清器支架X方向的應(yīng)力分布云圖。由圖5可知，其最大應(yīng)力值為54.3MPa。如圖6所示，為燃油濾清器支架Y方向的應(yīng)力分布云圖。由圖6可知，其最大應(yīng)力值為43.2Pa。如圖7所示，為燃油濾清器支架Z方向的應(yīng)力分布云圖。由圖7可知，其最大應(yīng)力值為121.0MPa。由此可知，燃油濾清器支架在極限重力場作用下的安全系數(shù)都比較高，其強度性能也符合設(shè)計要求。

圖5 燃油濾清器支架X方向的應(yīng)力分布云圖

圖6 燃油濾清器支Y方向的應(yīng)力分布云圖

圖7 燃油濾清器支架Z方向的應(yīng)力分布云圖

4 結(jié)論

采用有限元手段建立燃油濾清器支架模型，在其激勵端加載2.0g的振動加速度，采用Nastran軟件對其進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，得到其最大應(yīng)力值為206.6MPa，低于其材料屈服極限，滿足強度性能要求。約束激勵端的所有自由度，分別加載X（5.0G）、Y（5.0G）和Z（10.0G）的重力場，其應(yīng)力值分別為54.3MPa、43.2MPa和121.0MPa，也符合設(shè)計要求。

[1] 張路,張遵智,戚海玲,等.某型商用車燃油濾清器支架的分析與改進(jìn)[J].輕型汽車技術(shù),2017（7）:10-13.

[2] 鐘自鋒,徐國權(quán),聶鵬.發(fā)動機ECU支架振動疲勞分析及其優(yōu)化設(shè)計[J].機械設(shè)計與研究,2018,34（3）:100-102.

[3] 于翰林,毛洪海,楊延功,等.基于HyperMesh的排氣系統(tǒng)吊掛布置研究[J].機械設(shè)計,2019,36（S1）:209-212.

[4] 張小雨,劉迪.基于HyperMesh的某輕卡車架開裂分析[J].汽車實用技術(shù),2018（24）:129-130.

[5] 周鑫,張冰蔚.基于Nastran的汽車前照燈振動性能分析[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2017,31（1）:55-60.

[6] 陳文芳.某輕型載貨車轉(zhuǎn)向液壺支架斷裂分析及其優(yōu)化[J].機械設(shè)計與研究,2019,35（3）:94-99.

Performance Analysis and Optimization of a New Energy Light Truck Front Bumper

Deng Haiyan

（Product Development & Technology Center, Jiangling Motors Corporation Limited, Jiangxi Nanchang 330052）

Aiming at obtaining the strength performance of a light truck fuel filter bracket. Firstly, the discretization model of fuel filter bracket was built based on finite element method. Secondly, the vibration acceleration of prototype vehicle exciting end was loaded, it was strength analyzed by adopting frequency response method, the analysised result showed that its maximum stress was less than yield strength of the material, it could meet strength performance requirements. Lastly, it was strength analyzed based on gravity field working conditions, the analysised result showed that its maximum stress was less than yield strength of the material, it also could meet design requirements, so its strength performance could meet the use requirements, and its safety factor was high.

Fuel filter bracket; Finite element; Frequency response; Gravity field; Strength

A

1671-7988(2019)21-116-03

U464.136

A

1671-7988(2019)21-116-03

鄧海燕（1972.10-），女（漢族），工程師，碩士，就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，主要從事輕卡平臺研發(fā)技術(shù)管理工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.040

CLC NO.: U464.136